CFD Fluent yazılımı kullanılarak elde edilen sonuçlar literatürdeki deneysel datalar ile karşılaştırılmıştır

GİRDAPLI AKIŞLARIN GEOMETRİK VE ÇALIŞMA PARAMETRELERİ ALTINDA İNCELENMESİ

Fuat KAYA

DOKTORA TEZİ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

BURSA-2009

GİRDAPLI AKIŞLARIN GEOMETRİK ve ÇALIŞMA PARAMETRELERİ ALTINDA İNCELENMESİ

ÖZET

Akışkanlar mekaniğinin en önemli ve en kompleks alanlarından birisi girdaplı akışlardır. Çift vorteks yapısına sahip olan siklon ayrıştırıcıları girdaplı akışların çok önemli ve çok ilginç uygulama alanıdır. Bu nedenle, çalışmada girdaplı akışların geometrik ve çalışma parametreleri altında deneysel ve numerik olarak inceleyebilmek amacıyla siklonlar kullanılmıştır.

Siklonlarda nümerik çalışma bir ve iki fazlı, türbülanslı, üç boyutlu, sürekli sıkıştırılamaz akışları kapsamaktadır. Deneyler başlıca önemli geometrik boyutları değiştirilebilen çok amaçlı modüler siklonda yapılmıştır. Hız bileşenlerini ve basıncı ölçmek için pitot tüpü ve eğik manometre kullanılmıştır.

Türbülans modelleri, şemalar, duvar fonksiyonları ve mesh sayısının performansı değerlendirmek için. CFD Fluent yazılımı kullanılarak elde edilen sonuçlar literatürdeki deneysel datalar ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar RSM türbülans modeli, Nonequilibrium duvar fonksiyonu, Basınç çözümünde PRESTO şemasının basınç-hız ilişkisi için SİMPLEC şeması, momentum denklemi için QUİCK şeması, türbülans kinetik enerjisi ve yayılım oranı için ise Second Order Upwind şemasının ve Reynolds gerilmelerinin çözümünde ise First Order Upwind şeması değişkenlerinin kullanılması memnun edici sonuçlar verdiğini göstermektedir.

Nümerik yöntem test edildikten sonra literatürde önemi vurgulanan ancak kapsamlı bir çalışma yapılmayan dipleg ve siklon boyu uzunluğunun etkileri çalışılmıştır. Siklondaki basınç düşümü, hız dağılımları ve partikül toplama verimi girdap yapısıyla ilişkilendirilmiş ve bu girdap yapısı üzerinde etkili olan optimum siklon uzunluğu yaklaşık olarak siklon çapının dört katı kadar bulunmuştur. Ayrıca, Siklon parametreleri üzerinde etkisi olan yüzey pürüzlülüğünün etkileri incelenmiştir. Küçük siklonlar için optimum yüzey pürüzlülük kalınlığı yaklaşık olarak 0.1 mm olarak görülmektedir.

Deneysel çalışmalarda ise; iki farklı deney düzeneğinde siklon geometrik ölçüleri ve çalışma parametreleri değiştirilerek sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar giriş hızının artmasıyla basınç düşümünün arttığını göstermektedir. Farklı çıkış borusu

çapları ve farklı dalma uzunluklarında tek fazlı için çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

Teğetsel, eksenel hız profilleri, basınç düşümü ve statik basınç farkları elde edilmiştir.

Elde edilen sonuçlar çift fazlı için değerlendirilmiştir. Siklon borusu çapının küçük olması durumunda basınç düşümünde büyük olması durumuna göre artış olduğu ve ayrıştırma veriminde ise iyileşmenin olduğu görülmüştür. Dalma uzunluğunun ise büyük olması durumunda benzer sonuçlar tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan optimum çıkış borusu ölçüleri tanımlanmıştır.

ANAHTAR KELİMELER: Girdaplı Akışlar, İki Fazlı Akış, Türbülans Modelleri, Siklon Ayrıştırıcılar, Basınç Düşümü, Partikül Toplama Verimi, Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği

ANALYSIS OF CONFINED SWIRLING FLOWS UNDER GEOMETRICAL AND OPERATIONAL PARAMETERS

ABSTRACT

The swirling flow is one of the most important and complex fields of fluid mechanics. Having a double vortex structure, cyclone separators are very important and interesting application area of swirling flows. Therefore, cyclones used to investigate, experimentally and numerically, the geometrical and the operation parameters of swirling flows in this study.

Numerical study comprised three dimensional, steady, incompressible, turbulent, one and two phase flows in cyclones. Experiments carried out mainly in a multi purpose modular cyclone whose important geometrical dimensions could be changed. Pitot tube and inclined manometers were used for the measurements of velocity components and pressure.

Computational results obtained by using Fluent CFD code were compared with experimental data given in literature, so as to evaluate the performance of turbulence models, wall functions, numerical schemes and mesh structure. The results showed that the use of the RSM turbulence model with the nonequilibrium wall function for turbulence, the Presto interpolation scheme for pressure, the Simplec algorithm for pressure-velocity coupling and the quadratic upstream interpolation for convective kinetics (quick) scheme for momentum, the second order upwind scheme for turbulence kinetic energy and turbulence dissipation rate variables give satisfactory results.

After numerical validation studies, the influences of dipleg and cyclone length which their importance were emphasized but no comprehensive study was given in the literature, were studied. Pressure drop, velocity distribution and particle collection efficiency parameters were related to the swirl structure in the cyclone. And, the optimal length of the cyclone which has an important role on the swirl structure was found to be approximately fourfold of the cyclone diameter. In addition, influence of surface roughness on the cyclone performance was investigated in the cyclones. that is influence on cyclone parameters. The optimal height of wall roughness appears to be approximately 0.1 mm for small cyclones.

In the experimental study, the results were obtained by changing geometrical and operational parameters in two different cyclones. It can be seen from the results that the pressure drop is increased by increasing the inlet velocity. The effects of the exit pipe geometry were investigated in a tangential inlet cyclone separator. Experiments were carried out by varying the diameter and length of the exit pipe for one phase flow.

Tangential and axial profiles, pressure losses and variation of static pressure along the cyclone were analyzed for different flow rates. The results were also evaluated for two phase flow in cyclones. The results show that a decrease in the exit pipe diameter causes an increase in pressure losses and collection efficiency. Similar results were obtained by the height of the exit pipe.

KEYWORDS: Swirling Flows, Two Phase Flow, Turbulence Models, Cyclone Separators, Pressure Drop, Particle Collection Efficiency, CFD

İÇİNDEKİLER

ÖZET………..i

ABSTRACT……….iii

SİMGELER………viii

ŞEKİLLER DİZİNİ………...x

ÇİZELGELER DİZİNİ………...xix

1. GİRİŞ………... 1

1.1 Tezin Amacı……….1

1.2 Tezin Planı………...3

1.3 Tezin Katkısı ve Yenilikleri……….3

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI………5

2.1 Giriş……….5

3. MATERYAL VE YÖNTEM………43

3.1 Giriş………...43

3.2 Temel Denklemler……….43

3.3 Türbülans Modelleri, Duvar Fonksiyonları ve Şemalar………44

3.3.1 Standart k-_{ve RNG k-} Türbülans Modeli……….44

3.3.2 RSM Türbülans Modeli……….45

3.3.3 Duvar Fonksiyonları………...46

3.3.4 SİMPLE ve SİMPLEC Algoritmaları……….48

3.3.5 Presto(Pressure staggering Option scheme) Şeması………...53

3.3.6 Birinci, İkinci ve Yüksek Mertebe Upwind (Quick) Şemaları…...54

3.4 Partikül Analizi………..54

3.4.1 Ayrık Faz Modeli………54

3.4.2 Türbülanslı Akışta Stokastik Partikül İzleme Yöntemi…………..58

3.4.3 Türbülanslı Akışta Partikül Bulut İzleme Yöntemi………60

3.5 Deney Düzeneği………61

3.5.1 Kalibrasyon……….66

4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI ve İRDELEME………71

4.1 Giriş………...71

4.2 Tek Fazlı(hava) Akış Nümerik Sonuçları………..72

4.2.1 Türbülans ve Duvar Fonksiyonlarının Tespiti………74

4.2.1.1 Sonuçlar ve Analiz………...75

4.2.1.2 Değerlendirme………..82

4.2.2 Şemaların Tespiti………82

4.2.2.1 Basınç Hesabındaki Yöntemlerin Karşılaştırılması…….83

4.2.2.2 Hız Alanlarının Karşılaştırılması……….84

4.2.2.3 Değerlendirme……….92

4.3 Çift Fazlı(hava+partikül) Akış Nümerik Sonuçları………...92

4.3.1 Normal ve Uzatılmış Siklonlarda Akış Karakteristikleri ve Partikül Tutma Verimi Etkilerinin Nümerik Olarak İncelenmesi……….92

4.3.1.1 Sonuçlar ve Analiz………...94

4.3.1.2 Normal ve Uzatılmış Siklonlarda Hız Alanlarının İncelenmesi……….101

4.3.1.3 Normal ve Uzatılmış Siklonların Performans Analizi...117

4.3.1.4 Değerlendirme………..123

4.3.2 Siklonlarda Pürüzlülük Etkisinin Nümerik Olarak İncelenmesi..124

4.3.2.1 Sonuçlar ve Analiz……….124

4.3.2.2 Yüzey Pürüzlülüğüne Sahip Siklonlarda Hız Alanlarının İncelenmesi………125

4.3.2.3 Pürüzlü Yüzeylere Sahip Siklonların Performans Analizi………...129

4.3.2.4 Değerlendirme………134

4.4 Deneysel Çalışma ve Nümerik Karşılaştırma………..135

4.4.1 Sonuçlar ve Değerlendirme………...135

4.4.2 Siklon Çıkış Borusu Etkisinin İncelenmesi………..139

4.4.2.1 Sonuç ve Analiz……….140

4.4.2.2 Hata Analizi………164

4.4.2.3 Değerlendirme………168

5. SONUÇ VE ÖNERİLER………169

5.1 Giriş……….169

5.2 Yenilikler ve Sonuçlar……….169

5.3 Tavsiye ve Öneriler………..170

6. KAYNAKLAR……….172

TEŞEKKÜR………..178

ÖZGEÇMİŞ………..179

SİMGELER DİZİNİ

a Siklon giriş genişliği, (m) b Siklon giriş yüksekliği, (m) D1 Siklon çapı, (m)

D2 Siklon çıkış borusu çapı, (m) D3 Siklon toz giriş kutusu çapı, (m)

L Siklon boyu, (m)

h Siklon silindirik kısmın yüksekliği, (m)

S Siklon çıkış borusunun siklon içinde kalan kısmı uzunluğu, (m) x, y, z Kartezyen koordinat takımı

i, j, k (=1,2,3) Kartezyen koordinat bileşenleri k Türbülans kinetik enerjisi, (m²/s²)

p Basınç, (Pa)

Re Reynolds sayısı, 



 





 Ud

t Zaman, (t)

u, v, w x, y ve z yönlerindeki hız değerleri, (m/s)

u , v ,^ w^ x, y ve z yönlerindeki ortalama hız değerleri, (m/s)

'

u v^' w^' x, y ve z yönlerindeki türbülans yoğunlukları, (1/s)

U Hız, (m/s)

CD Sürüklenme katsayısı FD Sürüklenme kuvveti, (N)

S Kaynak terim

d Çap, (m)

Yunan Harfleri

Г Yayınım katsayısı

Δ Fark

 Korunum denklemi genel fonksiyonu

ε Türbülans kinetik enerjisi yayınım oranı, (kg/ms³)

η Verim

µ Dinamik viskozite, (Pa.s) µt Türbülans viskozitesi, (Pa.s) ν Kinematik viskozite, (m²/s) ρ Yoğunluk, (kg/m³)

İndisler

p Partikül

50 % 50 verim

x, y, z Kartezyen koordinatlarda x, y, z uzaklıklarındaki lokal değerler

eff Efektif

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 3.1. Staggered grid şeması………..49

Şekil 3.2. Deney sistemi………..62

Şekil 3.3. Pitot tüpünün yerleştirilmesi, şeritmetre, açıölçer, pitot tüpü……….63

Şekil 3.4. Kullanılan eğik manometreler……….63

Şekil 3.5. Kullanılan debimetre………...64

Şekil 3.6. Deneysel çalışmada kullanılan özel olarak tasarlanmış siklon………...65

Şekil 3.7. Pitot tüpünün kalibrasyonu için kullanılan rüzgar tüneli………67

Şekil 3.8. Kalibrasyonu yapılan pitot tüpünün eğik manometre bağlantısı……….68

Şekil 3.9. Kalibrasyonda kullanılan hassas hız ölçer………...69

Şekil 3.10. Kalibrasyonu yapılacak debimetre bağlantısı………70

Şekil 4.1. Nümerik çözüm için kullanılacak siklon……….73

Şekil 4.2. Nümerik çözümde kullanılan siklona ait mesh yapısı……….74

Şekil 4.3. z=0.4 m, 0˚-180˚’deki teğetsel hızın nümerik ve deneysel değerleri………..77

Şekil 4.4. z=0.4 m, 90˚-270˚’deki teğetsel hızın nümerik ve deneysel değerleri………77

Şekil 4.5. z=0.15 m, 90˚-270˚’deki eksenel hızın nümerik ve deneysel değerleri……..78

Şekil 4.6. RSM, RNG k-ε, Standart k-ε türbülans modellerinin nonequilibrium duvar fonksiyonu kullanılarak elde edilen y-z düzlemindeki statik basınç konturları……….79

Şekil 4.7. RSM, RNG k-ε, Standart k-ε türbülans modellerinin nonequilibrium duvar fonksiyonu kullanılarak elde edilen y-z düzlemindeki vektörel hız büyüklükleri……….80

Şekil 4.8. Farklı türbülans modelleriyle elde edilmiş türbülans kinetik enerjisi (k) ve dissipasyon oranı (ε ) değişimleri ( z = 150 mm)………81 Şekil 4.9. ns2, ns8 ve ns4 şemaları kullanılarak elde edilen z-düzlemindeki statik

basınç konturları……….85

Şekil 4.10. ns2, ns8 ve ns4 şemaları kullanılarak elde edilen z-düzlemindeki vektörel hız büyüklükleri………...86

Şekil 4.11. z=0.15 m, 90˚-270˚’deki eksenel hızın ns2, ns5, ns8 ve deneysel değerleri………87

Şekil 4.12. z=0.15 m, 90˚-270˚’deki eksenel hızın ns4, ns5, ns6 ve deneysel değerleri……….87

Şekil 4.13. z=0.4 m, 0˚-180˚’deki teğetsel hızın ns2, ns5, ns8 ve deneysel değerleri....88

Şekil 4.14. z=0.4 m, 0˚-180˚’deki teğetsel hızın ns4, ns5, ns6 ve deneysel değerleri…89 Şekil 4.15. z=0.4 m, 0˚-180˚’deki ns2, ns5 ve ns8 eksenel hız değerleri………..90

Şekil 4.16. z=0.4 m, 0˚-180˚’deki ns4, ns5 ve ns6 eksenel hız değerleri………..90

Şekil 4.17. z=0.65 m, 0˚-180˚’deki ns2, ns5 ve ns8 eksenel hız değerleri………91

Şekil 4.18. z=0.65 m, 0˚-180˚’deki ns4, ns5 ve ns6 eksenel hız değerleri………91

Şekil 4.19. Nümerik çözüm için kullanılan siklon………...93

Şekil 4.20. Nümerik çözümde kullanılan siklonlara ait mesh yapısı………...94

Şekil 4.21. 8 m/s Giriş hızı için elde edilen toplama verimleri ile deneysel sonuçların (C1) karşılaştırılması………..95

Şekil 4.22. 16 m/s Giriş hızı için elde edilen toplama verimleri ile deneysel sonuçların (C1) karşılaştırılması………..96

Şekil 4.23. z=0.047 m’de 10 m/s giriş hızı için elde edilen eksenel hıza ait nümerik sonuçlar ile literatürdeki(Chuah-Gimbun) nümerik sonuçların (C1) karşılaştırılması……….97

Şekil 4.24. z=0.047 m’de 10 m/s giriş hızı için elde edilen teğetsel hıza ait nümerik sonuçlar ile literatürdeki(Chuah-Gimbun) nümerik sonuçların (C1) karşılaştırılması……….97

Şekil 4.25. 19 m/s Giriş hızı için elde edilen toplama verimleri ile literatürdeki deneysel ve nümerik sonuçların (C3) karşılaştırılması……….98 Şekil 4.26. 19 m/s Giriş hızı için elde edilen basınç düşümleri ile literatürdeki deneysel

ve nümerik sonuçların (C3) karşılaştırılması……….99 Şekil 4.27. 19 m/s Giriş hızı için farklı L/D oranlarında elde edilen (C3) basınç

düşümleri ait konturlar……….100 Şekil 4.28. 7 m/s giriş hızı ve Ld=0, 38.5, 77 mm için elde edilen (C1) teğetsel hız

konturları……….101 Şekil 4.29. 16 m/s giriş hızı ve Ld=0, 38.5, 77 mm için elde edilen (C1) teğetsel hız

konturları……….102 Şekil 4.30. 8 m/s giriş hızı ve Ld=0, 40, 80 mm için elde edilen (C2) teğetsel hız

konturları……….103 Şekil 4.31. 12 m/s giriş hızı ve Ld=0, 40, 80 mm için elde edilen (C2) teğetsel hız

konturları……….104 Şekil 4.32. z=0.076, 0.1145 ve 0.153 m’de 7 m/s giriş hızı için elde edilen teğetsel hıza

ait nümerik sonuçlar ile literatürdeki(Chuah-Gimbun) nümerik sonuçların (C1) karşılaştırılması………105 Şekil 4.33. z=0.25 m’de 19 m/s giriş hızı için elde edilen teğetsel hıza ait nümerik

sonuçların (C3) karşılaştırılması………..106 Şekil 4.34. 7 m/s giriş hızı ve Ld=0, 38.5, 77 mm için elde edilen (C1) statik basınç

konturları………..107 Şekil 4.35. 16 m/s giriş hızı ve Ld=0, 38.5, 77 mm için elde edilen (C1) statik basınç

konturları………..108 Şekil 4.36. 8 m/s giriş hızı ve Ld=0, 40, 80 mm için elde edilen (C2) statik basınç

konturları………..109

Şekil 4.37. 12 m/s giriş hızı ve Ld=0, 40, 80 mm için elde edilen (C2) statik basınç konturları………..110 Şekil 4.38. 8 m/s giriş hızı ve Ld=0, 335, 670 mm için elde edilen (C3) statik basınç

konturları………..111 Şekil 4.39. 7 m/s giriş hızı ve Ld=0, 38.5, 77 mm için elde edilen (C1) eksenel hız

konturları………..112 Şekil 4.40. 16 m/s giriş hızı ve Ld=0, 38.5, 77 mm için elde edilen (C1) eksenel hız

konturları………..113 Şekil 4.41. z=0.03 m’de 16 m/s giriş hızında normal ve uzatılmış siklonlar için elde

edilen (C1) eksenel hız profilleri……….114 Şekil 4.42. z=0.053 m’de 16 m/s giriş hızında normal ve uzatılmış siklonlar için elde

edilen (C1) eksenel hız profilleri……….114 Şekil 4.43. 8 m/s giriş hızı ve Ld=0, 40, 80 mm için elde edilen (C2) eksenel hız

konturları………..115 Şekil 4.44. 12 m/s giriş hızı ve Ld=0, 40, 80 mm için elde edilen (C2) eksenel hız

konturları………..116 Şekil 4.45. 16 m/s giriş hızı ve Ld=0, 38.5, 77 mm için elde edilen (C1) türbülans

kinetik enerjisi konturları………117 Şekil 4.46. 8 m/s Giriş hızı için farklı toz giriş uzunluklarında elde edilen (C1) toplama verimleri………..118 Şekil 4.47. 1.5 μm partikül çapı için C1 siklonunda farklı giriş hızlarında Ld

uzunluğunun partikül toplama verimi üzerinde etkisi………119 Şekil 4.48. 2 μm partikül çapı için farklı giriş hızlarında Ld uzunluğunun partikül

toplama verimi üzerinde etkisi………120 Şekil 4.49. Farklı giriş hızlarında C1 siklonu için Ld uzunluğunun basınç düşümü

üzerinde etkisi………121 Şekil 4.50. C3 siklonunda 19 m/s giriş hızı ve 1 μm partikül çapı için L/D oranlarının

dipleg veya boyunun uzatılması durumlarında elde edilen partikül toplama verimlerinin karşılaştırılması………122 Şekil 4.51. C3 siklonu için 19 m/s giriş hızında L/D oranlarının dipleg veya boyunun

uzatılması durumlarında elde edilen basınç düşümlerinin

karşılaştırılması………122 Şekil 4.52. 16 m/s giriş hızı ve z=0.03 m için teğetsel hız profillerinin yüzey

pürüzlülükleri ile değişimi………..125 Şekil 4.53. 16 m/s giriş hızı ve z=0.053 m için teğetsel hız profillerinin yüzey

pürüzlülükleri ile değişimi………..126 Şekil 4.54. 16 m/s giriş hızı ve z=0.016 m için eksenel hız profillerinin yüzey

pürüzlülükleri ile değişimi………..127 Şekil 4.55. 16 m/s giriş hızı ve z=0.03 m için eksenel hız profillerinin yüzey

pürüzlülükleri ile değişimi………..127 Şekil 4.56. 16 m/s giriş hızı ve z=0.053 m için eksenel hız profillerinin yüzey

pürüzlülükleri ile değişimi………..128 Şekil 4.57. 16 m/s giriş hızı ve z=0.076 m için eksenel hız profillerinin yüzey

pürüzlülükleri ile değişimi………...128 Şekil 4.58. 8 m/s giriş hızı için farklı yüzey pürüzlülüklerinde partikül toplama

verimleri………...130 Şekil 4.59. 16 m/s giriş hızı için farklı yüzey pürüzlülüklerinde partikül toplama

verimleri………...130 Şekil 4.60. 30 m/s giriş hızı için farklı yüzey pürüzlülüklerinde partikül toplama

verimleri………..131

Şekil 4.61. 8 m/s giriş hızı için farklı çaplardaki partiküllerin toplama verimleri……132 Şekil 4.62. 16 m/s giriş hızı için farklı çaplardaki partiküllerin toplama verimleri…..132 Şekil 4.63. Farklı giriş hızları için basınç düşümünün yüzey pürüzlülüğü ile

değişimi………...133 Şekil 4.64. 13 m/s siklon giriş hızı için z=0.52 m’deki teğetsel hız profillerinin

karşılaştırılması………...136 Şekil 4.65. 13 m/s siklon giriş hızı için z=0.52 m’deki eksenel hız profillerinin

karşılaştırılması………..136 Şekil 4.66. 6.5 m/ siklon giriş hızı için z=0.52 m’deki teğetsel hız profillerinin

karşılaştırılması………...137 Şekil 4.67. 6.5 m/s siklon giriş hızı için z=0.52 m’deki eksenel hız profillerinin

karşılaştırılması………...137 Şekil 4.68. 13 ve 6.5 m/s siklon giriş hızlarında basınç düşümü konturları…………..138 Şekil 4.69. Nümerik Çözümde Kullanılan Siklonlara ait Mesh Yapısı……….140 Şekil 4.70. Farklı siklon giriş hızlarında ve farklı dalma uzunluklarında D2=47 mm için

siklon girişi ile çıkışı arasındaki statik basınç farkları……….141 Şekil 4.71. Farklı siklon giriş hızlarında ve farklı dalma uzunluklarında D2=101 mm

için siklon girişi ile çıkışı arasındaki statik basınç farkları………..141 Şekil 4.72. Farklı siklon giriş hızlarında ve farklı dalma uzunluklarında D2=47 mm

için siklon girişi ile çıkışı arasında meydana gelen basınç kayıpları……...142 Şekil 4.73. Farklı siklon giriş hızlarında ve farklı dalma uzunluklarında D2=101 mm

için siklon girişi ile çıkışı arasında meydana gelen basınç kayıpları……...143 Şekil 4.74. 5.1 m/s siklon giriş hızında ve farklı dalma uzunluklarında D2=47, 101 mm

için siklon girişi ile çıkışı arasında meydana gelen basınç kayıpları……...144 Şekil 4.75. 3.63 m/s siklon giriş hızında D2=47 mm çıkış çapında S=175 ve 285 mm’de

ve 6.5 m/s siklon giriş hızı için D2=101 mm çıkış çapında aynı dalma

uzunlukları ile elde edilen statik basınç konturları……….145 Şekil 4.76. Farklı siklon giriş hızlarında ve farklı dalma uzunluklarında D2=47 mm

için siklonda meydana gelen basınç kayıp katsayıları………146 Şekil 4.77. Farklı siklon giriş hızlarında ve farklı dalma uzunluklarında D2=101 mm

için siklon girişi ile çıkışı arasında meydana gelen basınç kayıpları……..147 Şekil 4.78. 5.1 m/s siklon giriş hızında ve farklı dalma uzunluklarında D2=47, 101 mm

için siklon girişi ile çıkışı arasında meydana gelen basınç kayıpları……..147 Şekil 4.79. 2.88 m/s siklon giriş hızında D2=47 mm çıkış çapında ve farklı dalma

uzunlukları için z=375, 700, 800 ve 900 mm’deki statik basınçlar………149 Şekil 4.80. 3.63 m/s siklon giriş hızında D2=47 mm çıkış çapında ve farklı dalma

uzunlukları için z=375, 700, 800 ve 900 mm’deki statik basınçlar ……....149 Şekil 4.81. 4.24 m/s siklon giriş hızında D2=47 mm çıkış çapında ve farklı dalma

uzunlukları için z=375, 700, 800 ve 900 mm’deki statik basınçlar……….150 Şekil 4.82. 5.1 m/s siklon giriş hızında D2=101 mm çıkış çapında ve farklı dalma

uzunlukları için z=375, 700, 800 ve 900 mm’deki statik basınçlar………150 Şekil 4.83. 6.5 m/s siklon giriş hızında D2=101 mm çıkış çapında ve farklı dalma

uzunlukları için z=375, 700, 800 ve 900 mm’deki statik basınçlar……….151 Şekil 4.84. 9 m/s siklon giriş hızında D2=101 mm çıkış çapında ve farklı dalma

uzunlukları için z=375, 700, 800 ve 900 mm’deki statik basınçlar………151 Şekil 4. 85. z=375 mm’de S=285 mm için farklı giriş hızlarında ve farklı siklon çıkış

çaplarında eksenel hız profilleri………..153 Şekil 4. 86. z=375 mm’de S=175 mm için farklı giriş hızlarında ve farklı siklon çıkış

çaplarında eksenel hız profilleri………..154 Şekil 4. 87. z=375 mm’de S=85 mm için farklı giriş hızlarında ve farklı siklon çıkış

çaplarında eksenel hız profilleri………..154 Şekil 4. 88. z=375 mm’de 3.63 m/s giriş hızı ve 47 mm çıkış çapı için farklı dalma

uzunluklarında eksenel hız profillerinin deneysel ve nümerik

karşılaştırması……….155 Şekil 4. 89. z=375 mm’de 6.5 m/s giriş hızı ve 101 mm çıkış çapı için farklı dalma

uzunluklarında eksenel hız profillerinin deneysel ve nümerik

karşılaştırması………..156 Şekil 4. 90. z=375 mm’de S=285 mm için farklı giriş hızlarında ve farklı siklon çıkış

çaplarında teğetsel hız profilleri……….157 Şekil 4. 91. z=375 mm’de S=175 mm için farklı giriş hızlarında ve farklı siklon çıkış

çaplarında teğetsel hız profilleri……….157 Şekil 4. 92. z=375 mm’de S=85 mm için farklı giriş hızlarında ve farklı siklon çıkış

çaplarında teğetsel hız profilleri……….158 Şekil 4. 93. z=375 mm’de 3.63 m/s giriş hızı ve 47 mm çıkış çapı için farklı dalma

uzunluklarında teğetsel hız profillerinin deneysel ve nümerik

karşılaştırması……….160 Şekil 4. 94. z=375 mm’de 6.5 m/s giriş hızı ve 101 mm çıkış çapı için farklı dalma

uzunluklarında teğetsel hız profillerinin deneysel ve nümerik

karşılaştırması……….160 Şekil 4. 95. z=375 mm’de S=285 mm için 5.1 m/s giriş hızında elde edilen teğetsel

hız profillerinin siklo çıkış çaplarına göre değişimleri………..161 Şekil 4. 96. z=375 mm’de S=175 mm için 5.1 m/s giriş hızında elde edilen teğetsel

hız profillerinin siklo çıkış çaplarına göre değişimleri………...………...162 Şekil 4. 97. z=375 mm’de S=85 mm için 5.1 m/s giriş hızında elde edilen teğetsel

hız profillerinin siklo çıkış çaplarına göre değişimleri………..162

Şekil 4. 98. Tanımlanan a0 mesafesinin şematik olarak gösterimi……..………..163 Şekil 4.99. 9.5 m/s giriş hızları için z=375 mm’de elde edilen bileşke hız ve ΔV hata

değerleri……….…….166 Şekil 4.100. 9.5 m/s giriş hızları için z=375 mm’de elde edilen teğetsel hız ve ΔVt hata değerleri………..166 Şekil 4.101. 9.5 m/s giriş hızları için z=375 mm’de elde edilen eksenel hız ve ΔVz hata

değerleri……….167

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge 2.1. Kaynak araştırması………..10

Çizelge 3.1. ’ye bağlı olarak Г ve S değerleri………..49

Çizelge 4.1. Nümerik çalışmada kullanılan siklon boyutları………...73

Çizelge 4.2. İterasyon başına CPU süreleri (s)………....76

Çizelge 4.3. Nümerik çözümde kullanılan yöntemler……….83

Çizelge 4.4. 14.8 m/s giriş hızında elde edilen basınç düşümü değerleri (Pa)…………83

Çizelge 4.5. Nümerik çalışmada kullanılan siklonlara ait boyutlar (mm)………...94

Çizelge 4.6. Deneysel ve nümerik çalışmada kullanılan siklon boyutları(mm)………135

Çizelge 4.7. Deneysel ve nümerik çalışmada kullanılan siklon boyutları(mm)………139

1. GİRİŞ 1.1 Tezin Amacı

Girdaplı akışların geometrik ve çalışma parametreleri altında incelenmesi ile ilgili tez araştırma konusunda parametrelerin incelenmesi amacıyla girdaplı akış görülen siklonlar ele alınmış ve incelemeler siklonlar üzerinde yapılmıştır.

Esas itibariyle çok fazlı akışlarda yoğun fazın ana akıştan ayrılması için kullanılan siklonlar farklı mühendislik proseslerinde uygulama alanı bulabilmektedir.

Siklon ayırıcıların önemli bir kullanım alanı sanayi kaynaklı çevre kirliliğine yol açan toz ve partiküllerin tutulmasıdır. Ayrıca siklonlar enerji üretim santrallerinde, yakma sistemlerinde, kimya ve ilaç sanayinde, ısı ve kütle transferinin gerçekleştiği sistemlerde ön ayırıcı, ana ayırıcı ve örnek alıcı olarak kullanılmaktadır.

Siklon ayırıcılar, hareketli parçaları olmaması, imalat ve işletme maliyetlerinin düşük olması, uzun ömürlü ve ağır ortam koşullarında kullanılabilmesi gibi özellikleri nedeniyle dikkat çekmektedirler. Son 50 yılı aşkın bir süreden beri yaygın olarak kullanılan siklonlar teğetsel ve eksenel girişli olarak tasarlanmakla birlikte, teğetsel girişliler daha yaygın kullanılır. Teğetsel girişli siklonlar ters akışlı olup genelde silindirik bir gövde, konik bir kısım ve çıkış borusundan oluşur. Çıkış siklonun üst kısmından olup çıkış borusu belli bir miktar siklonun içine dalmış vaziyettedir. Siklon ayırıcılar atalet kuvvetlerine bağlı olarak çalışırlar. Siklona giren akışkan dönel bir hareket kazanması nedeniyle oluşan merkezkaç kuvvetler etkisinde akışkan içerisindeki partiküllerin veya yoğun fazın ayrıştırılması gerçekleşir.

Siklonların ayırıcı olarak kullanılmasında bilinmesi gereken en önemli performans karakteristikleri siklonun ayırma verimi, fraksiyonel verimleri ve basınç kayıplarıdır. Bu karakteristikleri doğru olarak tayin etmek çok zordur. Çünkü siklonlar basit bir yapıya sahip olmalarına rağmen içerisindeki akış oldukça karmaşık olup akışkanlar mekaniğinin ilginç bir uygulama örneğidir. Teğetsel olarak siklona giren akışkan spiral bir hareketle cidar boyunca belli bir konuma kadar gitmesi ve bir iç girdap oluşturarak geri dönmesi yanısıra siklonda ikincil akımlar ve sirkülasyon bölgeleri oluşur. Akışın bu karmaşık yapısı yanında olay üzerine etki eden

parametrelerin çokluğu akış alanının çözümünü ve siklon performansının tayinini son derece güçleştirir. Ayrıca parçacık karakteristikleri, dağılımları, büyüklüklerine bağlı olarak gelen ilave etkiler diğer analizi daha da güçleştirir. Literatürde siklonlar üzerinde birçok çalışma olmasına rağmen sürtünmenin veya yüzeylerde oluşan kirliliğin akış ve siklon performansı üzerindeki etkileri tam olarak ortaya konamamıştır.

Bu çalışmada, literatürdeki bu eksikliği gidermek üzere, siklonlarda akış karakteristiklerini ve siklon performansını etkileyen parametrelerin ve özellikle sürtünme kayıpları etkilerinin sayısal olarak tespit edilecek ve belirsizliğini koruyan sürtünme ve kayıpların iç içe olan girdap yapısı üzerindeki etkileri araştırılacak, düşük ve yüksek Reynolds sayılarındaki etkiler mukayese edilecektir.

Ayrıca, siklonun akış ve performans üzerine etkisi literatürde işaret edilen ancak detaylı bir araştırma yapılmayan siklonun geometrik ölçülerinin etkileri incelenecektir.

Bunun için literatürde değişik siklonlara ait deneysel datalar kullanılarak siklonun toz giriş uzunluğu ve siklon boyu değiştirilerek farklı çalışma şartları altında sonuçlar elde edilecektir. Elde edilen sonuçların hem akış karakteristiği hemde partikül toplama karakteristiği açısından önemi vurgulanacaktır. Sonuçların değerlendirilmesi ile geometrik ve çalışma parametreleri ilişkilendirilecek ve optimum değerler tanımlanacaktır. Ayrıca, girdaplı akışların nümerik çözümünde kullanılan nümerik teknik çok önem taşımaktadır. Nümerik teknik uygun olarak belirlenmezse doğru sonuçların tahmin edilmesi ve dolayısı ile de yapılacak iyileştirme çalışmaları mümkün olmayacaktır. Bu kapsamda türbülans modelleri, duvar fonksiyonları ve nümerik şemalar değiştirilerek çözümler elde edilecek ve en iyi nümerik teknik ifade edilecektir.

Deneysel çalışmada; çıkış borusu çapı ve dalma uzunluğu değiştirilebilen fonksiyonel bir siklon imal edilmiştir. Silindirik kısmı şeffaf malzemeden imal edilmiş bu siklonda tek fazlı akışlarda yapılacak hız ve basınç değerleri siklondaki akış karakteristiklerini ve girdap yapısını ortaya koyacak ve olayı etkileyen geometrik ve işletme parametreleri araştırılacaktır. Bu çalışmada, Tek fazlı akış uygulamaları için elde edilen sonuçlar iki fazlı akış uygulamalarındaki etkileri değerlendirilecektir.

Çalışması kapsamında yapılacak CFD analizleri vasıtasıyla siklon içindeki hız, basınç dağılımları ve türbülans durumu detaylı olarak incelenecek, deney sonuçları ile

yapılacak karşılaştırmalardan sonra yapılacak parametrik çalışmalar deneysel çalışmaların yükünü azaltacaktır.

Sonuç olarak, çalışmadan elde edilecek sonuçlar çok geniş kullanım alanı olan siklonların performanslarının iyileştirilmesinde, tasarımında ve optimizasyonunda bilim dünyasına ve uygulayıcılara önemli katkı sağlayacaktır. Sunulacak bilgiler ışığında siklonların kullanılabileceği yeni uygulama alanları yanında farklı siklonların geliştirilmesinde katkı sağlanmış olacaktır

1.2 Tezin Planı

Bu tez, toplam beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm, yapılan araştırma ile ilgili teorik bilginin bulunduğu giriş bölümüdür. İkinci bölümde ise tez çalışmasındaki konunun şekillenmesine ve irdelenmesine yardımcı olan konu ile ilgili detaylı literatür araştırması verilmiştir. Üçüncü bölüm, iki kısım altında verilmiştir. Birinci kısım, giriş bölümünde ifade edilen konunun çözümünde temeli oluşturan korunum denklemleri, türbülans modelleri ifadesi ile oluşturulmuştur. İkinci kısımda ise nümerik çözümde kullanılan seçilmiş türbülans modelleri altında duvar fonksiyonları ve şemaların çözüm yaklaşımları verilmiştir. Dördüncü bölümde, ikinci bölümde araştırılan literatür taramasından yola çıkılarak, girdaplı akışlarda çalışma şartlarına etki eden basınç düşümü, eksenel ve teğetsel hız, partikül toplama verimi gibi birçok parametre incelenmiştir. Nümerik çözümde girdaplı akışları inceleyebilmek amacıyla birinci bölümde ifade edildiği şekilde siklonlar kullanılmıştır. Bazı siklonlar için irdelenen türbülans modelleri, duvar fonksiyonları ve şemaların nümerik çözüm için en uygun olanın seçilmesi için çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalar sunulmuştur. Siklonlarda kullanılan toz giriş uzunluğu için çalışmalar yapılmış ve bu parametrenin siklon boyu ile ilişkileri incelenerek optimum değerler tanımlanmış ve bu çalışmalar sunulmuştur.

Yüzey pürüzlülüğünün etkileri incelenmiş ve optimum pürüzlülük kalınlığı ile ilgili çalışmalar sunulmuştur. Deneysel çalışmalar iki farklı siklonda yapılmış tek fazlı akışlarda siklon çıkış borusu etkileri incelenmiş ve partiküllü uygulamalar için değerlendirilmiştir. En uygun siklon çıkış borusu geometrik ölçüleri tanımlanarak sunulmuştur. Beşinci ve son bölümde, çalışmanın devamı olarak yapılabilecek uygulamalar için öneriler kısmı yer almaktadır.

1.3 Tezin Katkısı ve Yenilikleri

Girdaplı akışların geometrik ve çalışma parametrelerini inceleyebilmek için ele alınan siklon ayırıcıları ile yapılan araştırmanın katma değeri ve sağlayacağı yararlar birkaç başlık altında sıralanabilir;

Bilimsel açıdan: Öncelikle akışkanlar mekaniğinin, iç içe ve ters yönlerde hareket eden vortex yapısıyla ilginç bir uygulama örneği olan siklondaki akışın, yukarıda da belirtilen incelenmemiş yönünün analizi bilime orijinal bir katkı olacaktır. Elde edilen bilgiler ışığında, siklonlarda verim, kritik çap ve yük kayıplarının pratik değerlendirmeler literatüre kazandırılacaktır. Bu çalışma ile sonuçların duyurulabileceği en az iki uluslar arası bilimsel yayın beklenmektedir.

Ulusal ekonomi açısından: Siklonlar pratikte toz tutucu başta olmak üzere çok fazlı akışlarda yoğun fazın ayrıştırılmasında, yakma sistemlerinde, kimyasal proseslerde kullanılmaktadır. Siklondaki akış olayının tam olarak anlaşılması ve ortaya konması, kullanım alanına yönelik performans artırma ve optimum tasarıma katkısı olacaktır.

Böylece, örneğin ekstra bir maliyet olan çevre kirliliğini önleyici sistemlerin maliyetlerinin azaltılmasına yardımcı olunabilecektir. Ayrıca bu çalışma yeni siklon tasarımları yanında siklonların yeni kullanım alanlarını da ortaya çıkarabilecek bunun da sanayiye olumlu yansıması olacaktır.

Toplumsal gönence açısından: Günümüzde önemli bir problem olan çevre kirliliğinin bir parçası da hava kirliliğidir. Hava kirliliği, özellikle sanayinin gelişmiş, endüstrinin yaygın olduğu bölgelerde çok daha fazladır. Elde edilen bulgularla, sanayi kaynaklı hava kirliliğini önlemede kullanılan siklonların iyileştirilmesine ve yeni tasarlanacak daha verimli ve etkin sistemlerinin geliştirilmesine yardımcı olunacağı düşünülmektedir.

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI

2.1 Giriş

Siklonlar değişik amaçlarla yaygın olarak kullanılır. En yaygın kullanım alanlarından biri katı-sıvı-gaz fazlarını veya fazlardan ikisini içeren bir akış olayında fazları birbirinden ayırmaktır. Teğetsel ve eksenel girişli olarak tasarlanan siklonlardan teğetsel girişliler daha yaygın kullanılır. Farklı giriş tasarımları bulunmaktadır. Siklon ayırıcılar atalet kuvvetlerine bağlı olarak çalışırlar. Siklona giren akışkan dönel bir hareket kazanır. Bu şekilde oluşan girdap etkisinde akışkan içerisindeki farklı yoğunluklara sahip fazlara gelen farklı atalet kuvvetleri etkisinde radyal yönde izafi bir hareket oluşur. Sonuçta yoğun fazın bir kısmı bu yöntemle akış alanından uzaklaştırılır.

Akışkanın cidar boyunca gidiş ve dönüş hareketi sırasında üç boyutlu akışın yanısıra ikincil akımlar ve sirkülasyon bölgeleri oluşur. Olay üzerine etki eden parametrelerin çokluğu akış alanının çözümünü son derece güçleştirir. Ayrıca parçacık karakteristikleri, dağılımları, büyüklüklerine bağlı olarak gelen ilave etkiler diğer güçlükleri oluşturur.

Siklonların ayırıcı olarak kullanılmasında bilinmesi gereken en önemli karakteristikleri siklonun ayırma verimi, fraksiyonel verimleri ve basınç kayıplarıdır.

Çok karmaşık akış karakterine sahip siklonlar için bu değerlerin tahmini veya hesabı oldukça zor olması nedeniyle bu konuda yapılmış çok sayıda çalışma mevcuttur. Bu çalışmalarda geliştirilen teoriler, işletme ve geometrik parametrelerin dar bir bölgesinde tatminkar tahmin yapabilmekte olduğundan bu modellerden hareketle yeni verimli siklon tasarımları yapmak oldukça zordur. Bu nedenle yeni tasarımlara daha çok deneysel çalışmalar ile ulaşılmaktadır. Bu şekilde elde edilmiş ve kullanılan siklonlardan bazıları Stairmand siklonu (1951), Lapple siklonu (1951), Southern Research Institute(SRI) siklonu (Smith ve ark.,1979), German Z siklonu (König ve ark.,1991), Aerojet siklonu (Upton ve ark., 1994), Kim ve Lee siklonu (1990) vb. olarak sayılabilir. Siklonlar bazı küçük geometrik değişiklikler içerdiğinde elde edilen siklon yakın geometrili siklon ailesi içinde kabul edilir. Siklonlarda verim tahmini için oluşturulan modellerin çoğu daha çok parçacıkların %50 verimde tutulabildiği çapın (kritik çap) tahminine yöneliktir. Bununla birlikte bir kısmı fraksiyonel verimlerin hesabını da içermektedir. Bu modellerin çoğu ampirik veya yarı ampiriktir. Bunlardan

bazıları Sepherd ve Lapple (1939), Lapple (1951), Barth (1956), Barth ve Leineveber (1964), Muschelknautz (1970), Leith ve Licht (1972), Blachman ve Lippmann (1974), Chan ve Lippmann (1977), Dietz (1981), Mothes ve Löffler (1988), Ioza ve Leith (1990), Liden ve Keny (1991), Liden ve Gudmundsson (1997) vb. şeklinde sayılabilir.

Lapple (1951) gibi basit modeller, az parametre içermekte olup kullanımı kolay ancak sonuçlar tatminkar değildir. Fraksiyonel verim eğrileri deneysel verim eğrileri ile uyum göstermez. Buna karşılık daha kapsamlı modellerde (Barth, 1956; Ioza ve Leith, 1990 gibi), birden çok parametre göz önüne alınmakta bir kısmında deneysel sabitler bulunmakla birlikte bazı parametrelerinde tahmini gerekmektedir. Bu modellerin sonuçları genel görünüm olarak uyumlu görünse de gerek kritik çap ve gerekse fraksiyonel verimlerin tahmini açısından sınırlı kalmaktadırlar. Ayrıca ana girdaptaki dönme sayısını içeren modeller yanında akış alanında hız dağılımını göz önüne alarak sınır tabakayı önemseyen yaklaşımlar da bulunmaktadır.

Siklonlarda oluşan girdap boyunun belirlenmesi verim tahminleri açısından önemli olmaktadır. Bu durum özellikle büyük siklonlarda daha belirgin olarak ortaya çıkmaktadır. Küçük siklonlar açısından önemli olmasa bile uzun siklonlarda girdap koni ucuna ulaşmadığından seçilen parametrelerin ölçüleri gerçekçi olmamaktadır. Siklon boyunun artması belli bir değere kadar verimi artırırken belli bir değerden sonra verim azalmaktadır. Birinci durum Alexander (1949) sonuçlarından, her iki durum ise Zhu ve Lee (1999) sonuçlarından görülebilir. Bu hususta ilk çalışmalardan biri Alexander (1949) tarafından yapılmış ve doğal girdap uzunluğu için bir bağıntı önerilmiştir. Ancak daha sonra yapılan bazı çalışmalar (Dirgo ve Leith, 1985; Parker ve ark.,1981;

Burkholz,1984; Ji ve ark.,1991 vb.) bunun çoğu durumlarda yanlış sonuçlar verdiğini gözlemlemişlerdir. Bunlardan Ji ve ark. (1991) girdap boyu için daha fazla parametre içeren farklı bir bağıntı önermektedir. Bryant ve ark. (1983) etki yönü benzer bir bağıntı vermektedir. Bu bağıntılar geometrik parametrelere bağlı olarak elde edilmişlerdir. Ancak bazı deneysel çalışmalardan gözlemlediğimiz sonuçlar debinin veya siklona giriş hızının da önemli olduğunu göstermektedir. Hız arttıkça girdap boyu artmaktadır (Hoffmann ve ark.,1995). Ancak bu artışın üstten sınırlı olup olmadığı daha ayrıntılı olarak incelenmelidir. Diğer taraftan yüzey direnci veya sürtünme kayıp katsayısı da önemli görünmektedir. Ancak bu konuda da detaylı bir çalışma yoktur.

Siklonlarda verim tahminlerine yönelik sıkıntılardan biri de siklonlardaki akış türünün etkisidir. Genelde elde edilen bağıntılar büyük siklonlara ait karakteristiği yansıtır. Akış türbülanslı olup kabul edilen sürtünme katsayıları anlamlı görünebilir.

Ancak küçük siklonlarda, özellikle numune almakta kullanılan siklonlarda, durum değişmektedir. Akış rejimi türbülanslı, geçiş halinde veya laminer olabilen (Blachman ve Lippmann, 1974) bu siklonlarda hız, sıcaklık, basınç, viskozite, çap gibi çalışma parametrelerinin etkisi daha fazla hissedilmektedir. Laminer akış rejiminde çalışma parametrelerinin verime ve basınç kaybına etkisi konusunda daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir.

Siklonlardaki basınç düşümünün modellenmesi üzerine de birkaç çalışma mevcuttur. En basitleri sadece gaz giriş ve çıkış boyutlarına bağlı olup diğer parametrelerin etkisini göstermekten uzaktır (Shepherd ve Lapple, 1939; Casal ve Martinez ,1983). Barth (1956) ilave olarak siklon sürtünme yüzeyini de göz önüne alarak bir model geliştirmiştir. Bu modelleri Ioza ve Leith (1989) ve Muschelknautz (1970) geliştirmişlerdir. Mothes ve Löfler (1989) siklon içini dört kısma ayırarak basınç düşümünü modellemiş, bu model daha sonra Lorenz (1994) tarafından geliştirilmiştir.

Hoffmann ve ark.(2001) siklon boyunu değiştirerek performansı deneysel olarak incelemiş, basınç düşümünün siklon boyu ile azaldığını ifade etmiştir. Chen J., Shi M.(2006), siklon ayrıştırıcısında basınç düşümünü hesaplamak için lokal ve sürekli kayıpları ayrı ayrı göz önüne alan bir model geliştirmişler ve deneysel sonuçlarla karşılaştırmışlardır. Basınç düşümüne toz yükünün etkisi de değişik araştırıcılar tarafından incelenmiştir (Gil ve ark., 2002). Deneyler, akışa ilave edilen toz miktarı arttıkça basınç düşümünün bir miktar azaldığını göstermiştir. Bunu da teğetsel hızdaki azalmaya bağlamışlardır. Basınç düşümünün toz miktarına bağlılığını ifade eden bazı matematik modeller de önerilmiştir (Muschelknautz,1970; Gil ve ark., 2002).

Siklon üzerine geliştirilen bu teoriler basitleştirilmiş modellere ve ampirik bağıntılara dayanmakta olup genelde belli tip siklonlarda belli akış koşullarında geçerli sonuç vermektedir. Siklonlarda verim ve kritik partikül çapının hesabı (Avcı ve Karagöz 2000, 2001 ve 2003) ve basınç düşümü hesabı için (Karagöz ve Avcı, 2005)

sürtünme etkisini de içeren daha fazla parametreye bağlı, daha genel bir model geliştirilmiş, model sonuçları literatürdeki yarı-ampirik modellerle ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Ancak bu modelin doğrulanması ve geliştirilmesi için daha geniş bir hız aralığında ilave deneylere ihtiyaç duyulmaktadır. Siklonların kullanım alanlarının genişletilmesi amacıyla da çalışmalar yapılmış ve farklı kullanım alanları önerilmiştir (Kaya, Avcı, Karagöz, 2008).

Son yıllarda bilgisayar donanımında ve hesaplamalı akışkanlar mekaniğindeki gelişmeler, siklonlardaki akışın CFD analizleri Griffiths ve Boysan (1996)’ın çalışması ile başlamıştır. Yakın zamanda siklonlar üzerine yapılan CFD çalışmaları da aşağıdaki gibi özetlenebilir:

İçerisine belli çapta düşey bir çubuk yerleştirilen siklonlarda akış ve performans karakteristikleri deneysel ve nümerik olarak incelemişler ve elde edilen sonuçlar karşılaştırmıştır(Gong ve Wang, 2004; Wang ve ark., 2005). 3-D nümerik çalışmalarda Fluent yazılımı RSM türbülans modeli ile kullanılmıştır. Bu çalışmalarda, kullanılan çubuğun basınç düşümünde ve enerji kaybında önemli ölçüde azalma olduğu gösterilmiştir. İncelemeler siklonun merkezinde teğetsel hız değerinin azaldığını, buna karşın eksenel hız değerinin artığını göstermiştir. Benzer bir çalışma Qian ve ark., (2006) tarafından yapılmış, siklonun içine dikey yerleştirilmiş bir çubuğun performans üzerindeki etkileri nümerik ve deneysel olarak incelemişlerdir. Bu çubuğun, basınç düşümünde ve tutma veriminde artışa yol açtığı gösterilmiştir. Bernardo ve ark. (2006) ise siklona giriş açısının etkilerini incelemişlerdir.

Xiang ve Lee (2005), farklı koni boyutlarına sahip üç farklı siklon kullanılarak akışı nümerik olarak incelemişlerdir. Karşılaştırmalar 8 m/s giriş hızı için yapılmıştır.

Nümerik çözümde RNG k-ε ve RSM modelleri kullanılmış ve bu modeller ile elde edilen sonuçlar deneysel datalar ile karşılaştırılarak modellerin uygunluğu irdelenmiştir.

Ayrıca, kullanılan CFD programının uygun sonuçlar elde edip etmediği de irdelenmiştir. Siklon tipi olarak Stairmand siklonu kullanılmıştır. Nümerik çözümde kullanılan CFD Fluent yazılımının sonuçların tahmin edilmesinde deneysel sonuçlar ile karşılaştırıldığında çok iyi sonuçlar verdiği ifade edilmiştir. Ayrıca, kullanılan türbülans modellerinden RSM modelinin RNG k-ε modeline göre deneysel sonuçlara daha yakın sonuçlar verdiği işaret edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan koni boyutlarına bağlı olarak

akış davranışlarında farklılık olduğu ve farklı ayrışma davranışlarının meydana geldiği gösterilmiştir. Yüksek ayrıştırma veriminin koni dibi çapının azaltılmasıyla elde edildiği de ifade edilmektedir.

Shin ve ark. (2005), Basınçlı ve yüksek sıcaklıklı ortamlar için yüksek verimli siklon toz ayrıştırıcısı üzerinde nümerik ve deneysel olarak çalışmışlardır. Çalışmalarını maksimum 6 bar basınçta, 20-600 ˚C sıcaklıkta, 10-160 m³/h debide ve 1-10 µm partikül çapında yapmışlardır. Reynolds gerilmelerinin çözümü için türbülans k-ε modelini kullanmışlardır. Debinin bir fonksiyonu olarak artan basınç ve sıcaklıklarda basınç düşümünün büyüklüğünü tespit etmeye çalışmışlardır.

Gimbun J ve ark., (2005), basınç düşümü üzerinde sıcaklık ve giriş hızının etkilerini nümerik olarak incelemiştir. Çalışmada, CFD Fluent yazılımında türbülans modeli olarak RNG k-ε ve RSM modellerini kullanmışlar ve sonuçlarını literatürdeki dört farklı data ile karşılaştırmışlardır. Kullanılan türbülans modellerinden RSM modelinin iyi sonuçlar verdiğini ve deneysel datalardan % 3’den az sapma gösterdiğini ancak bu modelin çok karmaşık ve işlem zamanının fazla olduğunu ifade etmişlerdir.

RNG k-ε modeli için ise basit ve az işlem zamanı gerektiğinden % 14-18 sapma oranlarında kullanılabileceğini ifade etmişlerdir.

Bernardo S. ve ark. (2006), farklı giriş açılarında CFD çalışması yapmıştır.

Normal girişli siklonlarda aynı çalışma şartlarında partikül toplama verimi % 54.4 iken 45˚ eğimli giriş borusu için bu değerin % 72.2’ye çıktığı işaret edilmiştir.

Cortes C. ve Gil A.(2007), RSTM ve LES türbülans modellerinin nümerik çalışmalarda uygunluğunu ifade etmiştir.

Wan G. ve ark. (2008), partikül yüklemesi ile ilgili CFD çalışması yapmışlar ve çok fazla partikül yüklenmesi durumunda gaz akışının etkilendiğini işaret etmişlerdir.

10

Leith ve

Litch(1972)

-Siklon partikül toplayıcılarının toplama verimlerini ifade etmek için bir yaklaşım geliştirilmesi konusunda çalışmışlardır. Bu teori üzerinde çalışırken sürüklenme katsayısı ve siklon tarafından tutulamayan partiküllerin tekrar siklona girmesi durumlarını da dikkate alarak çalışmışlardır.

-Siklonda partikül toplama verimi için bir teori geliştirmişlerdir. Bu teori partikül toplama veriminin direkt olarak tespit edileceği doğrultusunda olduğu ifade edilmiştir. Bu teorinin özellikle teğetsel girişli siklonlarda yakın sonuçlar verdiği, diğer siklonlarda ise iyi sonuçlar vermediği söylenebilir.

Dirgo J. ve Leith D.(1985)

-Siklon partikül toplama verimini deneysel ve teorik olarak incelemişlerdir. Çalışmalarını Stairmand yüksek verimli siklonu için yapmışlardır.

-860 kg/m³ yoğunluktaki ve 1-7 μm çaplarında partiküller kullanmışlar, giriş hızlarını ise 5.1, 10, 15, 20 ve 25 m/s değerleri alarak çalışmışlardır.

-Lapple, Dietz, Barth ve Leith-Licth teorik modellerini deneysel datalar ile karşılaştırmışlardır.

-Partikül toplama verimlerinin karşılaştırılmasında; 3 µm’den daha büyük partiküller için Stairmand tarafından elde edilen sonuçlardan daha yüksek verimlerin elde edildiği 3 µm’den daha küçük partiküller için ise daha düşük verimlerin elde edildiği ifade edilmiştir.

-Barth ve Leith-Licth teorilerinin sadece teğetsel girişli siklonlar için iyi sonuçlar verdiği Lapple ve Dietz teorilerinin ise çok az parametre içermesinden dolayı kabul edilebilir sonuçlar vermediği ifade edilmiştir.

11

Bohnet M.

(1995)

-Aerosiklonlarda ayrıştırma verimi üzerinde gaz sıcaklığının etkilerini incelemiştir.

-Çalışmada basın düşümü ve verim değişimlerini görmek için sıcaklık 293-1123 K arasında alınmıştır.

-Oluşturulan modelde sürtünme katsayısının sıcaklığa bağlı olarak değişmesi göz önüne alınmıştır.

-Verim üzerinde ve sürtünme katsayısına bağlı olarak basınç düşümü üzerinde gaz sıcaklığının önemli derecede rol oynadığı gösterilmiştir.

-Siklonda sınır tabaka akışı ile birlikte ayrışan partiküllerin önemli bir miktarının tekrar siklon içine alındığına işaret etmiştir. Siklon duvarları ve vortex oluşmayan kısımlarda basınç düşümünün yüksek olduğu dile getirilmiştir.

Griffiths W. D. ve Boysan D.(1996)

-Üç farklı tip siklonun performansına dair CFD ve ampirik modelleme için çalışmışlardır. CFD tahminleri ile elde edilen sonuçların uygunluğunu araştırmışlardır.

-Hava içindeki mikro organizmaların toplama verimlerini deneysel, ampirik ve CFD olarak çalışmışlardır.

-CFD nümerik çözümü ile elde edilen sonuçların deneysel verilerle uyum içinde olduğunu göstermişler ve özellikle CFD çözümlerinin bu tür akış uygulamalarında doğru sonuçlar verdiğini ifade etmişlerdir.

-Üç farklı ampirik model arasında yapılan karşılaştırmalarında ise Barth(1956) modelinin küçük siklonlar için Iozia ve Leith(1989) modelinin büyük siklonlar için doğru sonuçlar verdiğini ifade etmişlerdir.

12

Kenny L. C. ve Gussman R. A.

(1997)

-Aerosal tip siklonların modellenmesi konusunda çalışmışlardır.

-İki farklı siklon grubu üzerinde geometri ve akış oranlarına bağlı olarak akış davranışlarının nasıl değiştiği konusunda deneyler yapmışlardır.

-D50 çapı tanımlanmaya çalışılmıştır. Bu çap % 50 verimle partikül toplama çapı olarak tanımlanmıştır.

-D50 çapı üzerinde siklon geometrisi e siklon koni yüksekliğinin çok büyük bir etkisi olduğu yapılan çalışmalar neticesinde ortaya çıktığı gösterilmiştir.

-Yaklaşık olarak D50=7-8 µm değerinde GK2.69 siklon tipi kullanışlı 1.5-2 lt/dk civarında önerilmiştir. Bu siklona alternatif olarak yüksek akış oranlarında yaklaşık 3 lt/dk civarında GK3.45 veya SRI-III siklon tipleri önerilmiştir.

Liden G. ve Gudmundsson A.(1997)

-Siklonda partikül toplama verimini ifade etmek için çalışma şarlarına ve siklon dizaynına bağlı olarak yarı ampirik model geliştirme üzerinde çalışmışlardır. Bunun için dört siklon dizaynı üzerinde durmuşlardır.

-% 50 verimle tutulan partikül çapının; siklon çapı ve vorteks tüpü ile siklon duvarı arasındaki bağlantıları araştırmışlardır.

-Partikül toplama veriminin siklon dizaynı ve çalışma şartlarıyla ilişkisine dair yarı ampirik bir model oluşturmuşlar ve önermişlerdir. Geliştirilen bu modelde Reynolds sayısının 500-100 000 değerleri arasında vorteks tüpü uzunluğunun partikül toplama verimi üzerindeki etkileri de ifade edilmiştir.

13

Büttner H. (1999) -Siklonda partikül ayrıştırma karakteristiğinin boyusuzlaştırılması konusunda çalışıştır.

-Çalışmada, literatürde bulunan nümerik sonuçlar ve deneysel datalar ile karşılaştırma yapmak için Alexander 30 ve 50 mm çaplı siklonu kullanmıştır.

-Siklonda partiküllerin toplama verimini çok geniş bir şekilde değerlendirmek için ampirik boyutsuz bir korelasyon önerilmiştir.

Re<10⁵ için;

E=F(Stk^1/2Re^1/3(di/d0)^2/3) Zhu Y. ve Lee K.

W.

(1999)

-Yüksek akış oranlarında küçük siklonlar üzerinde partikül toplama verimi ve basınç düşümünü deneysel olarak çalışmışlardır. Yedi farklı siklon için akış oranı 60-110 lt/dk, partikül hacmi oranı 0.026-3.6 µm, silindir yüksekliğinin siklon gövde çapına oranı 0.75-4.5 ve çıkış borusu uzunluğunun siklon gövde çapına oranı 0.5-1.5 arasında alınmıştır.

-Silindir yüksekliği ve çıkış borusu uzunluğunun da etkileri incelenmiştir.

-Deneysel sonuçlar; akış oranının toplama verimi üzerinde önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Yüksek akış oranları partikül toplama verimini artırmaktadır.

-Silindir yüksekliği arttığında toplama verimliliği artmaktadır. Ancak silinir yüksekliği çok fazla olursa toplama veriminin azaldığı görülmüştür.

-Basınç düşümü azalırsa ya silindir yüksekliği çok uzundur yada çıkış borusu uzunluğu çok kısadır şeklinde ifadeye ulaşmışlardır.

14

Youngmin J., Chi T., Madhumita B.

R. (2000)

-Ters akışlı siklonların verimini iyileştirmek için bir destek siklon geliştirmişlerdir. ‘Post Cyclone’ olarak isimlendirilen ve PoC olarak simgelenen yardımcı bir siklon tanımlanmıştır. PoC; ters akışlı siklonlarda çıkış borusunda emisyonları azaltmak için tasarlanmış halka şeklinde iki kabuktan oluşmaktadır ve siklonun çıkışına yerleştirilmiştir.

-Deneysel ve yanında nümerik çalışmalarda yapılmıştır.

İki farklı siklon kombinasyonu ve siklon tipi olarak Stairmand siklonu kullanılmıştır. Giriş hızları 4.9-23.2 m/s hızlarında katı partikül olarak karpit ve hidratlaşmış kireç kullanılarak siklonun verim üzerindeki etkileri incelenmiştir.

-PoC’de tozların ayrıştırılması teğetsel hız alanlarında partiküllerin santrifüj kuvvetlere uğramadan sağlanmaktadır. PoC’de partiküllerin toplanmasını santrifüjlük, diğer olaylar örneğin; pıhtılaşma veya yığılma, türbülans ayrılması ve partikül sıçraması gibi faktörler etkileyebilmektedir. PoC üzerinde bu olayların önemi geometri, giriş hızı ve toz giriş konsantrasyonuna bağlıdır.

-Siklon verimi; giriş hızı 4.9’dan 23.2 m/s hızına artmasıyla karpit kullanıldığında % 72’den % 95’e hidratlaşmış kireç kullanıldığında ise % 63’den % 83’e arttığı yapılan deneysel ve nümerik çalışma neticesinde tespit edilmiştir.

15

Avcı A. ve Karagöz İ. (2000)

-Teğetsel girişli siklonlarda iki fazlı akışın modelini sunmuşlardır. Bu modelle siklon geometrisi, yüzey pürüzlülüğü ve partikül konsantrasyonunu etkilerini içeren yeni parametreler tanımlanmıştır.

-Kritik çap, kısmi verimlilik ve basınç kayıpları her bir fazda; sürüklenme katsayısının sabit kaldığı bazı durumlarda, radyal yönde izafi hızın oluştuğu, akışın spiral hareketinde aynı ivme ve hız durumları kabulleri altında hesaplanmıştır.

-Elde edilen sonuçlar literatürdeki deneysel datalar ve teorik hesaplamalar ile karşılaştırılmıştır.

-Elde edilen sonuçlar deneysel datalar ile uyum içinde olduğu görülmüştür. Sonuçların deneysel datalar ile uyum içinde olmasından yapılan kabullerinde uygun bir şekilde olduğunu göstermektedir.

-Önemli parametrelerden biri olarak siklon yüksekliği belirtilmiştir. Siklon yüksekliğinin belirli bir sınır değerine kadar artmasının verimi artırdığına işaret edilmiş ve siklon yüksekliğinin bu sınır değerini de sürtünme ve yüzeyden olan ayrılmaların etkilediği belirtilmiştir.

-Çok fazla parametrenin etkisini içeren bu model kolay uygulanabilir olarak önerilmiş fakat sürüklenme katsayısı ve yüzey pürüzlülüğü etkilerinin detaylı araştırılması tavsiye edilmiştir.

16

Fabio L. F., Leonardo G. Jr.

(2000)

-Bir siklon ayrıştırıcısında basınç düşümü ve toplama verimi üzerinde hava+partikül kullanılması durumunu deneysel olarak incelemişlerdir.

-Deneysel çalışmada, yaklaşık 20 kg FCC katalizörü olan katı partiküller kullanılmıştır. Ayrıca, bu deneyler 7, 18, 27 m/s giriş hızlarında yapılmıştır.

-Yapılan çalışmada partikül kullanılması durumu ile partikül kullanılmaması durumu karşılaştırılmış ve bu durumlarda basınç düşümü ve toplama verimliliğinin nasıl değiştiği incelenmiştir.

-Basınç düşümü; katı partikül kullanılmasında katı partikül kullanılmaması durumuna göre daha azaldığı görülmektedir. Ve bu azalma temiz havanın yaklaşık % 47’si kadar olduğu deneyler sonucunda elde edilmiştir.

Ayrıca, yapılan deneyler sonucunda basınç düşümünün özellikle katı partikülün bir fonksiyonu olarak değişmediği görülmüştür.

-Belirtilen giriş hızları ile yapılan deneylerde 18 m/s giriş hızındaki toplama veriminin 27 m/s giriş hızına göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Partikül konsantrasyonu ile ayrıştırma verimi incelendiğinde ise, yaklaşık katı partikülün 12 kg olması durumunda verimin azaldığı görülmektedir.

17

Avcı A. ve Karagöz İ.

(2001)

-Siklon ayrıştırıcılarında basınç kayıplarının teorik olarak incelenmesi için bir teorik model geliştirmişlerdir.

-Bu teorik model basınç kayıplarının tahmin edilebilmesi için akışkan özellikleri, akış ve geometrik parametrelerin bir fonksiyonu olarak oluşturulmuştur.

-Elde edilen sonuçlar literatürdeki deneysel datalar ile karşılaştırılmıştır.

-Siklon ayrıştırıcılarında basınç kayıplarının teorik olarak analizi için giriş geometrisi, yüzey pürüzlülüğü, hız ve partikül konsantrasyonunu içeren geometrik ve akış parametreleri göz önüne alınarak yeni bir denklem geliştirilmiştir. Bu denklemin çok kolay bir şekilde basınç kayıplarının tahmin edilmesinde kullanılabilineceği deneysel datalar ile uyumu neticesinde önerilmiştir.

-Bu model, siklonların çalışma optimizasyonu ve dizaynı için de kullanılabilineceği ifade edilmiştir.

Gustavsen A.(2001)

-Pencere çerçevesindeki hava boşluklarının ısı transferine etkilerini incelemiştir. Çalışma, iki ve üç boyutlu olarak hava boşluklarının konveksiyon etkilerini içermektedir.

Çalışmalar, 6 m uzunluğundaki alüminyum profiller üzerinde farklı kesitlerdeki toplam yayıcılık değerinin tespit edilmesi üzerine kurulmuştur.

-Nümerik çalışmada CFD Fluent yazılımı kullanılmıştır.

-Toplam yayıcılık değerinin dış kısımlarda sabit kaldığını iç kısımlarda ise büyük değişmeler olduğuna işaret edilmiştir. Aynı zamanda, alüminyum profillerin ısı akışı hesapları için çok önemli malzemeler olduğu ifade edilmiştir.

-CFD Fluent yazılımının nümerik hesaplarda, sonuçların tahmini açısından çok iyi olduğuna değinilmiştir.

18

Xiang R., Park S.

H. ve Lee K. W.

(2001)

-Siklon performansı üzerinde koni boyutunun etkisini deneysel olarak incelemişlerdir.

-Siklon ayrıştırıcısı karakteristikleri üzerinde koni boyutu etkilerini incelemek için farklı koni dip çaplarında üç farklı siklon ve dört farklı akış oranında ölçümler elde edilmiştir.

-Deneyler sonucu elde edilen datalar Barth teorisi, Leith ve Licht teorisi, Iozia ve Leith lojistik metodu ile karşılaştırma yapılmıştır. Ayrıca karşılaştırma yapılan bu teorilerin uygunluğu irdelenmiştir.

-Elde edilen ölçümler sonucunda akış oranının verim üzerinde çok fazla etkili olduğu ve yüksek akış oranlarında verim eğrisinin çok keskin bir hal aldığı görülmektedir.

-Koni hacminin değişmesinin sadece toplama verimi üzerinde önemli bir etkisinin olduğu görülmüştür.

Koni dip çapı azaldığı zaman toplama veriminin önemli bir derecede arttığını göstermişlerdir.

-Barth teorisi, Ioza ve Leith lojistik metodunun verim eğrilerinin makul kabul edilebilir olduğunu tespit etmişlerdir. Ancak, karşılaştırma yapılan üç teoriden hiçbirinin konu hacmi hakkında yeterli ve doğru bir şekilde rapor edilmediği işaret edilmiştir.

19

Hideto Y.,

Kunihiro F., Kenji Y., Eiji S. (2001)

-Iinoya tipi gaz siklonları ile partikül ayrıştırılması konusunda deneysel ve nümerik olarak çalışmışlardır.

Elde edilen sonuçlarla diğer tip siklonlar arasında da karşılaştırma yapılmıştır.

-Çalışmada ikili koni tipi için 40 ve 72 mm siklon çapı, 1.0-1.2-1.7-2.5 µm ortalama partikül çapı ve giriş hızları ise 14 ve 20 m/s seçilmiştir.

-Iinoya tipi siklonlarda basınç düşümü koni kısımlarında diğer siklon tiplerine göre % 10 daha az olarak yapılan deneysel ve nümerik çalışma sonucunda bulunmuştur.

Ayrıca, bu tip siklonlarda çok iyi bir ayrıştırma sağlandığı tespit edilmiştir.

-Elde edilen sonuçlarla diğer siklon tipi sonuçları karşılaştırıldığına kısmi ayrıştırma veriminin uyum içinde olduğu gösterilmiştir.

Hoffman A. C., de Groot M., Peng W., Dries H. W. A.

ve Kater J.(2001)

- Ayrıştırma verimi ve basınç düşümü üzerinde siklon uzunluğu etkilerini deneysel, CFD ve matematiksel modellerle incelemişlerdir.

- Çalışmalarını 19 m/s giriş hızında, 2730 kg/m³ partikül yoğunluğunda 0.3-60 μm arasındaki partikül çapları için yapmışlardır.

- D=200 mm siklon çapı için L/D=2.65-6.15 arasındaki oranlarda çalışmışlardır.

- L/D=5.65 oranına kadar siklon performansında bir iyileşme gözlemişler ve bu orandan sonra performansta kötüleşmenin başladığını ifade etmişlerdir.

- CFD çözümlerinin ve kullandıkları matematiksel model hesaplarının belirli hata payları ile deneysel sonuçlarla uyumlu olduğunu ifade etmişlerdir.

- L/D oranında artış ile basınç düşümünde azalmanın olduğu gösterilmiştir.

20

Gil A., Romeo L.

M., ve Cortés C.(2002)

-Siklon performansı üzerinde partikül konsantrasyonunun ve toz giriş uzunluğunun(dipleg) etkileri incelenmişlerdir.

-Bir PFBC(basınçlı akışkan yataklı yakıcı) üniteli yeni bir siklon dizaynı tanıtmışlar ve kullanmışlardır. 4-14 m/s giriş hızlarında ısıtılmış hava kullanılarak yaptıkları deneylerde partikül konsantrasyonu ise 30-230 gr katı/kg gaz şeklindedir.

-Çapı 0.2 m ve yüksekliği 0.759 m olan siklon dizaynında dipleg uzunluğu olarak 1.8044 m alınmış ve çalışmalar dipleg uzunluğu % 0.3-2 arasında kısaltılarak yapılmıştır.

-10 µm çapının altındaki partiküller için siklon basınç düşümü direnç katsayısı ampirik olarak tanımlanmış ve önerilmiştir. Bu direnç katsayısı siklon giriş geometrisinin ve girişteki partikül konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak ifade edilmiştir.

-Dipleg uzunluğu kullanılarak yapılan çalışmalarda basınç düşümünde bir azalma olduğu gösterilmiştir.

Aynı zamanda, dipleg’in alt kısmında teğetsel hızın düşük olduğu ifade edilmiştir.

-Dipleg uzunluğunun partikül toplama verimi üzerinde olumlu etkilerinin olduğu ifade edilmiştir.

21

Peng W.,

Hoffmann A. C., Bott P. J. A. J., Udding A., Dries H. W. A., Ekker A., Kater J. (2002)

- Ters akış santrifüj ayrıştırıcılarda akış özelliklerini belirlemek amacıyla deneyler yapmışlar ve bu deneyleri nümerik ve teorik modellerle desteklemişlerdir.

- Çalışmalarında silindirik ve konik kısımlardan oluşan teğetsel girişli siklon ile silindirik girdap tüpü kullanmışlardır.

- Deneysel çalışmalarında akış özelliklerini belirlemek amacıyla Laser Doppler Anemometre’si kullanmışlardır.

Sıcaklık ve basınç değerleri ise uygun termometre ve manometre kullanılarak ölçülmüştür.

- Deneysel dataları baz alarak CFD çözümlerinin ve matematiksel modellerin uygunluğu incelenmiştir.

- Her iki dizaynda akışın benzer özellikler gösterdiği açıklanmıştır.

- Teğetsel hız siklonda hemen hemen sabit kalırken girdap tüpünde alt kısımlara doğru bir azalmanın olduğu gösterilmiştir.

- Eksenel hız her iki dizaynda da benzer özellikler gösterdiği ifade edilmiştir.

- Radyal hız siklonlarda hemen hemen üniform kalırken girdap tüpünde ise iç bölgede çok güçlü akışların olduğu ifade edilmiştir.

Vortex tipinin literatürde kabul gördüğü şekilde Rankine tipi vortex olduğu açıklanmıştır.